本文關(guān)鍵詞：心室輔助中血流脈動量對主動脈血流動力學(xué)影響的數(shù)值模擬與實(shí)驗研究

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【摘要】：心力衰竭是一種常見的臨床綜合征，同時也是許多心血管疾病的終末階段。心臟移植是治療終末期心衰的唯一有效辦法，但受到供心、治療費(fèi)用、病人條件的限制，，尚不能廣泛應(yīng)用。為此，人工心臟成為挽救嚴(yán)重心衰患者生命的必要手段。人工心臟，又稱心室輔助裝置，是指人工制造的，能夠部分或者完全替代心臟的泵血功能，保證全身組織、器官血液供應(yīng)的機(jī)械裝置。作為人工心臟核心部件的血泵，可以分為脈動流和連續(xù)流兩種。第一代脈動流血泵，其存在的體積大、噪音大等問題至今也難解決，第二代連續(xù)流血泵成為目前研究的熱點(diǎn)。此外，傳統(tǒng)手術(shù)方式（術(shù)式）采用從心尖到升主動脈搭橋（Bypass）的方法，血泵與左心室并聯(lián)連接，分別將血液輸送到主動脈。本項目組自主研發(fā)的人工心臟泵，是一款源頭創(chuàng)新的連續(xù)流血泵。與并聯(lián)術(shù)式不同，其采取將血泵放置在主動脈根部的方法，血泵與左心室串聯(lián)連接。 血泵產(chǎn)生的連續(xù)流改變了主動脈內(nèi)原有的血流脈動性。學(xué)術(shù)界對脈動流與非脈動流對人體的影響是否相同展開了激烈爭論，而爭論的焦點(diǎn)多集中于完全輔助和未輔助兩種極端情況，對輔助水平介于二者之間的情況鮮有報道。此外，串聯(lián)術(shù)式到目前還未開展相關(guān)研究。本研究應(yīng)用數(shù)學(xué)模型、數(shù)值模擬和實(shí)驗的方法研究兩種術(shù)式中，血泵輔助對血流脈動性的改變，以及脈動性改變對主動脈內(nèi)血流動力學(xué)特性的影響。首先，采用集中參數(shù)模型研究心室輔助不同術(shù)式的血流特性，獲得脈動指數(shù)（Pulsatility Index，PI）、脈動能量指數(shù)（Pulse Power Index，PPI）、等效能量壓（Energy Equivalent Pressure, EEP）和殘余血流動力能（SurplusHemodynamic Energy，SHE）等脈動指標(biāo)的變化規(guī)律。然后，應(yīng)用數(shù)值模擬的方法進(jìn)行不同脈動流作用下的主動脈流固耦合（Fluid-Structure Interaction，F(xiàn)SI）數(shù)值計算。研究不同脈動性血流對主動脈的血流動力學(xué)影響。最后，通過體外和動物實(shí)驗，進(jìn)一步探討心室輔助中血流脈動性變化特征。 本論文獲得三方面的結(jié)論：（1）心室輔助中PI與血泵輔助指數(shù)（Blood AssistIndex，BAI）負(fù)相關(guān)，串、并聯(lián)術(shù)式的脈動指數(shù)PI與輔助指數(shù)的關(guān)系分別為四次和三次多項式；（2）數(shù)值模擬結(jié)果顯示，脈動性的降低削弱了主動脈血流的軸向變化及徑向旋轉(zhuǎn)，壁面切應(yīng)力（Wall Shear Stress，WSS）和壓力梯度（PressureGradient，PG）與輔助指數(shù)正相關(guān)，其平均值在脈動性降至最低值之前達(dá)到接近正常的水平；（3）體外實(shí)驗和動物實(shí)驗證實(shí)：心室輔助中，隨著輔助指數(shù)的增加，器官灌注與心臟卸載增加，血流脈動性降低�？傊疚墨@得兩種不同術(shù)式中血流脈動性變化的定量結(jié)果；得到脈動性變化對主動脈內(nèi)血流旋轉(zhuǎn)、分流、壁面切應(yīng)力和壓力梯度等血流動力學(xué)參數(shù)的影響。 本研究的創(chuàng)新點(diǎn)是：首次通過數(shù)學(xué)模型的方法獲得串聯(lián)術(shù)式中血流脈動性變化的定量結(jié)果，為血泵控制系統(tǒng)中脈動指數(shù)的監(jiān)測提供解析依據(jù)；首次通過數(shù)學(xué)模型、數(shù)值模擬及實(shí)驗相結(jié)合的閉環(huán)研究方法，獲得心室輔助中不同脈動量血流對主動脈血流動力學(xué)影響的數(shù)值結(jié)果與實(shí)驗數(shù)據(jù)，對人工心臟與人體相互作用的深入研究具有重要意義。
【關(guān)鍵詞】：心力衰竭 心室輔助 人工心臟泵 脈動性 血流動力學(xué) 數(shù)值模擬
【學(xué)位授予單位】：北京工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號】：R318.11
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第1章 緒論10-18
• 1.1 研究背景及意義10-11
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀分析11-15
• 1.2.1 心室輔助裝置11-13
• 1.2.2 心血管系統(tǒng)與心室輔助裝置的模型研究13-14
• 1.2.3 血流的脈動性14-15
• 1.2.4 血管的生物力學(xué)特性15
• 1.3 本論文的研究內(nèi)容15-18
• 第2章 心室輔助中血流脈動性的模型研究18-48
• 2.1 循環(huán)系統(tǒng)血流特性的模型研究18-28
• 2.1.1 模型建立的理論基礎(chǔ)18-22
• 2.1.2 正常及心衰情況的心血管血流特性22-28
• 2.2 心室輔助下的血流特性研究28-34
• 2.2.1 心血管-血泵耦合模型的建立28-31
• 2.2.2 兩種術(shù)式的血流特性31-34
• 2.3 血流脈動性的研究34-46
• 2.3.1 脈動性的定量評價34-40
• 2.3.2 兩種術(shù)式的血流脈動性研究40-46
• 2.4 本章小結(jié)46-48
• 第3章 脈動流作用下的主動脈流固耦合數(shù)值計算48-80
• 3.1 心血管系統(tǒng)的血流動力學(xué)研究48-52
• 3.1.1 動脈系統(tǒng)的血流動力學(xué)48-49
• 3.1.2 計算流體力學(xué)理論基礎(chǔ)49-51
• 3.1.3 有限元計算原理51-52
• 3.2 流耦合數(shù)值計算52-55
• 3.2.1 血管和血液的力學(xué)模型53-54
• 3.2.2 流固耦合計算軟件的介紹54-55
• 3.3 脈動流作用下的主動脈流固耦合數(shù)值計算55-78
• 3.3.1 有限元模型的構(gòu)建55-57
• 3.3.2 脈動流作用下主動脈流固耦合數(shù)值計算57-61
• 3.3.3 數(shù)值計算結(jié)果分析61-78
• 3.4 本章小結(jié)78-80
• 第4章 心室輔助中血流脈動性的實(shí)驗研究80-96
• 4.1 人工心臟泵輔助下的血管圖像測速研究80-86
• 4.1.1 實(shí)驗原理與方法80-81
• 4.1.2 實(shí)驗設(shè)計與流程81-83
• 4.1.3 實(shí)驗結(jié)果83-86
• 4.2 心室輔助不同術(shù)式的動物實(shí)驗研究86-95
• 4.2.1 實(shí)驗原理與方法86-87
• 4.2.2 實(shí)驗設(shè)計與流程87-88
• 4.2.3 實(shí)驗結(jié)果分析88-95
• 4.3 本章小結(jié)95-96
• 結(jié)論與展望96-98
• 參考文獻(xiàn)98-106
• 攻讀碩士期間所取得的科研成果106-108
• 致謝108

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本文編號：633100